مقدمه:
اصطلاح سینتیک از کلمه یونانی kinetikos به معنی تحرک گرفته شده است. در علم شیمی این اصطلاح برای مطالعه سرعت واکنش و وابستگی آن به متغیرهای مربوطه به کار می رود همچنین عوامل تعیین کننده سرعت انجام واکنش شیمیایی را مورد بررسی و مطالعه قرار می دهند. بنابراین سینتیک عبارت است از اندازه گیری های آزمایشگاهی و روش های تئوری و تجربی برای تفسیر این نتایج
تقسیم بندی واکنش های شیمیایی:
یکی از روش های تقسیم بندی واکنش های شیمیایی، دسته بندی آنها بر اساس تعداد فاز های موجود است. بر اساس این روش واکنش ها به دو دسته متجانس یا همگن و غیر متجانس یا ناهمگن تقسیم می شوند.
واکنش متجانس: واکنشی که تنها در یک فازانجام می شود.
واکنش نامتجانس: واکنشی که در بیش از یک فاز انجام می شود.
این دو دسته از واکنش ها می توانند به صورت کاتالیستی و یا غیر کاتالیستی نیز انجام گیرند. سینتیک واکنش های کاتالیستی در این مبحث بررسی نخواهد شد.
اکثر واکنش هایی که در فاز گاز انجام می شود واکنش های غیر کاتالیستی و متجانس هستند و اکثر واکنش هایی که در فاز مایع انجام می شود واکنش های کاتالیستی و غیر متجانس هستند.
مثان برای واکنش های متجانس غیر کاتالیستی: واکنشهای سریع مانند احتراق تند
مثال برای واکنش های متجانس کاتالیستی: واکنش های آنزیمی، واکنش های میکروبی، واکنش های انجام شده در سیستمهای کلوئیدی
مثال برای واکنش های غیر متجانس غیر کاتالیستی: احتراق ذغال سنگ، جذب همراه با واکنش در سیستم های گاز-مایع، تشويه سنگ معدن، تأثیر اسید بر روی اجسام جامد، احیاء سنگ آهن به آهن و فولاد
مثال برای واکنش های غیر متجانس کاتالیستی: سنتز آمونیاک، اکسید کردن آمونیاک جهت تهیه اسید نیتریک، شکستن مواد نفتی، اکسید نمودن \(SO_2\) به \(SO_3\)
برای نزدیک کردن واکنش های غیر متجانس به واکنش های متجانس می توان از روشهای زیر استفاده کرد:
۱) استفاده از همزن
2) اضافه کردن مواد تعلیق کننده یا امولسیون کننده
3) استفاده از حلال های صنعتی
4) خرد نمودن فاز جامد داخل فاز مایع
سرعت واکنش
سرعت واکنش برای بیان تندی انجام یک واکنش شیمیایی به صورت کمی به کار می رود بنابراین سرعت واکنش، میزان تندی ترکیب شدن مواد اولیه و با تولید محصولات را معین می کند. سرعت واکنش نسبت به جزء i به صورت زیر بیان می شود
\(r_i=±{1 \over V}{dN_i \over dt}\)
علامت + برای محصولات و علامت – برای مواد اولیه به کار می رود.
عبارت فرق سرعت واکنش را بر مبنای حجم سیال ترکیب شونده بیان می کند اما می توان بر مبناهای دیگری نیز بیان نمود. سرعت واکنش های متجانس تابع دما، فشار و غلظت است و در واکنش های غیر متجانس علاوه بر این متغیرها، انتقال حرارت و انتقال جرم هم وارد می شوند.
در واکنش های حجم ثابت، سرعت واکنش را می توان بر مبنای تغییرات غلظت نیز بیان کرد.
\(r_i=±{d(N_i /V) \over dt}=±{dC_i \over dt}\)
در حالت های زیر می توان حجم را ثابت در نظر گرفت:
1- واکنش هایی که در فاز مایع انجام می شود.
2- واکنش های فاز گازی که در یک راکتور صلب انجام می شود.
3- واکنش های فاز گازی که تغییر تعداد مول در آن صفر است.
معادله سرعت واکنش بر مبنای A به صورت زیر نوشته می شود:
\(-r_A=[k_A(T)][f(C_A,C_B,…)]\)
\(k_A(T)\) ثابت سرعت واکنش نامیده می شود و تنها تابع دما است.
توجه داشته باشید که \(-r_A \) سرعت مصرف شدن جز A و \( r_A \) سرعت تشکیل جز A را نشان می دهد.
در مورد گاز ایدال با استفاده از رابطه \(C_i={P_i \over RT} \) داریم:
\(r_i=±{1 \over RT}{dP_i \over dt} \)
واکنش زیر را در نظر بگیرید:
\(aA+bB→cC+dD\)
رابطه بین سرعت های واکنش بر مبنای هر کدام از اجزاء به صورت زیر است:
\(-{r_A \over a} =-{r_B \over b}={r_C \over c}= {r_D \over d} \)
